傅立葉變換紅外光譜法測(cè)定奶粉中三聚氰胺的含量

彭　勝，王志宏，鄭　陽(yáng)，史麗娟，彭密軍（吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杜仲湖南省工程實(shí)驗(yàn)室，湖南張家界427000）

傅立葉變換紅外光譜法測(cè)定奶粉中三聚氰胺的含量

彭勝，王志宏，鄭陽(yáng)，史麗娟，彭密軍*
（吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杜仲湖南省工程實(shí)驗(yàn)室，湖南張家界427000）

摘要：建立紅外光譜法定量測(cè)定奶粉中三聚氰胺的方法，為三聚氰胺無(wú)損檢測(cè)提供理論依據(jù)。選取1 551 cm-1附近特征吸收峰，建立線性定量模型。紅外光譜法測(cè)定奶粉中三聚氰胺相關(guān)度高達(dá)0.999 2，準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、檢測(cè)限低，樣品回收率為98.89%。運(yùn)用紅外光譜法測(cè)定奶粉中三聚氰胺的含量是可行的。

關(guān)鍵詞：紅外光譜法；三聚氰胺；定量分析

三聚氰胺（C3H6N6）是一種重要的化工原料，白色晶體、無(wú)味，微毒，對(duì)身體有害，N含量高達(dá)66.6%，成本低廉，常被不法商販作為“蛋白精”加入飼料、奶制品等[1-2]，干擾“凱氏定氮法”對(duì)蛋白質(zhì)含量的測(cè)定，虛擬提高食品中蛋白質(zhì)含量，從而危害人體健康。

運(yùn)用傅立葉變換紅外光譜法對(duì)奶粉進(jìn)行分析檢測(cè)、無(wú)需分離提取，可快速無(wú)損地對(duì)樣品進(jìn)行整體檢測(cè)，且結(jié)果準(zhǔn)確，分析精度高[3-4]。本研究采用傅立葉變換紅外光譜法（FT-TR），對(duì)市售奶粉與加入少量三聚氰胺的奶粉樣品繪制紅外吸光度光譜圖，通過(guò)比較分析，定性判斷三聚氰胺特定官能團(tuán)及特征峰，定量檢測(cè)奶粉中三聚氰胺含量，提高奶粉質(zhì)量的快速監(jiān)控能力。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

6種市售袋裝全脂奶粉（蛋白質(zhì)含量不低于24 g/100 g），生產(chǎn)日期為2013年4月；三聚氰胺：購(gòu)自中國(guó)藥品生物制品檢定所，純度≥99%；溴化鉀：進(jìn)口光譜純，純度≥99.9%。

1.2儀器

Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀：美國(guó)Thermo Fisher公司；AEG-220型萬(wàn)分之一天平：日本SHIMADZU；瑪瑙研缽。

1.3紅外光譜儀測(cè)定參數(shù)

IR光源，波數(shù)4 000 cm-1～650 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描速度0.632 9 cm/s，掃描次數(shù)為32次[5]。每次采集完畢用少量無(wú)水乙醇將ZnSe晶體和ATR板清洗干凈并吹干，整個(gè)過(guò)程僅需要1 min～2 min。被測(cè)物的光譜數(shù)據(jù)為8次掃描的平均值。

1.4三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)品的梯度制備

分別準(zhǔn)確稱取三聚氰胺與溴化鉀，置于研缽中研磨混合均勻，得到梯度樣品中三聚氰胺濃度分別為1.01、13.10、40.10、63.10、110.00、147.20 mg/g，在ATR附件于波數(shù)4 000 cm-1～650 cm-1掃描測(cè)定。

1.5樣品測(cè)定

取一定量樣品放置于ATR附件上進(jìn)行掃描測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定8次。

2　結(jié)果與分析

2.1三聚氰胺和奶粉的紅外譜圖解析

三聚氰胺分子式為C3H6N6，其官能團(tuán)有C-N，C= N，NH2以及三嗪環(huán)。結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。

三聚氰胺紅外吸收光譜圖見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，特征峰中3467cm-1和3 419 cm-1附近吸收帶為NH2反對(duì)稱伸縮振動(dòng)；1 651 cm-1附近吸收帶為NH彎曲振動(dòng)；1 551 cm-1附近吸收帶為三嗪環(huán)芳香族C=N伸縮振動(dòng)；1 022 cm-1特征吸收峰為NH扭曲振動(dòng)；814 cm-1處為三嗪環(huán)變形振動(dòng)特征吸收峰。

奶粉主要由蛋白質(zhì)、脂肪和糖類3大營(yíng)養(yǎng)成分組成。奶粉的紅外吸收光譜圖就見(jiàn)圖3。

圖1　三聚氰胺結(jié)構(gòu)式Fig.1　Structure of aucubin

圖2　三聚氰胺紅外光譜圖Fig.2　Infrared spectrum of melamine

圖3　奶粉紅外光譜圖Fig.3　Infrared spectrum of milk powder

由圖3可知，2 924 cm-1，2 825 cm-1為脂肪中CH2烷烴的反對(duì)稱與對(duì)稱伸縮振動(dòng)；氨基酸化合物中，要發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，生成羧酸根負(fù)離子和氨基正離子。因此，在氨基酸的紅外光譜中，觀測(cè)不到羧酸COOH和C=O伸縮振動(dòng)譜帶，只能觀測(cè)到羧酸根在1 745 cm-1的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)譜帶；1 647 cm-1特征吸收峰為氨基酸的NH2+彎曲振動(dòng)；1 541 cm-1特征吸收峰為N-H彎曲振動(dòng)。

由于三聚氰胺在奶粉中主要是物理混合，所以我們配比出三聚氰胺含量為1.92%的奶粉樣品，并對(duì)其進(jìn)行紅外吸收光譜掃描見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，三聚氰胺含量為1.92%的奶粉樣品特征吸收峰基本上涵蓋了三聚氰胺和奶粉的紅外特征吸收峰，區(qū)別主要體現(xiàn)在3 467、3 419、1 551 cm-1處為三聚氰胺的特征吸收峰，2 924、2 852、1 745 cm-1為奶粉的特征吸收峰。重復(fù)測(cè)定市售6批樣品，對(duì)比樣品與三聚氰胺紅外光譜圖，由于1 551 cm-1為三聚氰胺氮雜環(huán)C=N基團(tuán)的吸收峰，奶粉在此吸收很弱，且不同濃度三聚氰胺在1 551 cm-1的吸收峰強(qiáng)度大小不同，因此確定1 551 cm-1為三聚氰胺的特征吸收峰，從而作為三聚氰胺的定量分析依據(jù)。

2.2三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

根據(jù)三聚氰胺樣品與KBr的比例不同，配制成濃度為1.01、13.10、40.10、63.10、110.00、147.20 mg/g的三聚氰胺-KBr系列標(biāo)準(zhǔn)品。按照1.3所述紅外光譜條件分析，奶粉中三聚氰胺的吸光度與其含量符合朗伯比爾定律，以三聚氰胺濃度（mg/g）為橫坐標(biāo)，吸光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0407x+0.033 3，R2=0.999 2。檢測(cè)限為1.01 mg/g～147.20 mg/g。

2.3精密度試驗(yàn)

取含有1.92%三聚氰胺的奶粉樣品如1.3條件進(jìn)行測(cè)定，RSD為3.48%。

2.4重現(xiàn)性試驗(yàn)

取摻有1.92%的三聚氰胺奶粉樣品如1.3條件進(jìn)行紅外光譜測(cè)定，其RSD為3.29%。

2.5奶粉樣品的測(cè)定

由于奶源和生產(chǎn)工藝不同，奶粉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有所區(qū)別，各奶粉紅外光譜有所差異，特別是蛋白質(zhì)、糖類和油脂類特征吸收強(qiáng)度相對(duì)變化比較明顯。將6種奶粉1 551 cm-1處測(cè)得吸光強(qiáng)度代入回歸方程進(jìn)行測(cè)定，6種奶粉中三聚氰胺含量均未檢出。

2.6回收率試驗(yàn)

圖4　1.92%三聚氰胺奶粉紅外光譜圖Fig.4　Infrared spectrum of 1.92%melamine

準(zhǔn)確稱取上述未檢出三聚氰胺含量的奶粉一定量，分別加入定量三聚氰胺對(duì)照品，研磨混合均勻，于ATR晶體板上如1.3進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)得吸光值代入回歸方程計(jì)算三聚氰胺加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果Table 1　The recovery determination results

3　結(jié)論

三聚氰胺和奶粉紅外光譜差異明顯，摻三聚氰胺的奶粉與純奶粉的紅外光譜差異主要集中在氮雜環(huán)特征吸收，且在波數(shù)1 551 cm-1處三聚氰胺的濃度與吸光強(qiáng)度呈線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999 2，且最低檢測(cè)限為1.01 mg/g。因此，可以利用該特征吸收對(duì)奶粉中三聚氰胺進(jìn)行定性定量分析。

用紅外光譜法測(cè)定奶粉中三聚氰胺含量，與國(guó)標(biāo)[6]中的高效液相色譜法相比較，該法不僅精度高、重復(fù)性好、樣品預(yù)處理簡(jiǎn)單，且可實(shí)現(xiàn)三聚氰胺的快速無(wú)損檢測(cè)，提高奶粉的質(zhì)量監(jiān)控能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]田高友,魯長(zhǎng)波,袁洪福.液體奶和奶粉中三聚氰胺含量紅外光譜分析方法研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2009(5):86-91

[2]張露,薛龍,劉木華,等.利用可見(jiàn)-近紅外光譜術(shù)無(wú)損檢測(cè)牛奶中的三聚氰胺[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(2):124-127

[3]劉小莉,賈剛,王康寧,等.應(yīng)用傅利葉近紅外光譜定性、定量檢測(cè)魚(yú)粉中摻雜三聚氰胺的研究[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2010,22(3):741-749

[4]張恒,高曼俠,許兆棠,等.非線性建模紅外光譜法測(cè)定三聚氰胺的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(1):583-584

[5]余麗娟,鄭建明,朱文雷.傅里葉變換紅外光譜法測(cè)定白酒中乙醇含量[J].廣州化工,2011,39(4):112-113

[6]全國(guó)食品安全應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)化工作組,全國(guó)質(zhì)量監(jiān)管重點(diǎn)產(chǎn)品檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 22388-2008原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測(cè)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.037

收稿日期：2014-04-25

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳高校產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目（11CY015和12CY014）；湖南省教育廳項(xiàng)目（13C758）；吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目（JDLC201208）；吉首大學(xué)校級(jí)科研項(xiàng)目資助（Jd12040）

作者簡(jiǎn)介：彭勝（1984—），女（漢），助教，碩士，研究方向：天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)。

*通信作者：彭密軍，女，教授，博士，研究方向：天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)。

Quantitative Determination of Melamine of Milk Powder by Infrared Spectroscopy

PENG Sheng，WANG Zhi-hong，ZHENG Yang，SHI Li-juan，PENG Mi-jun*
（Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering，Hunan Engineering Laboratory for Eucommia ulmoides Oliv.，Jishou University，Zhangjiajie 427000，Hunan，China）

Abstract：The aim was to develop a model of quantitative analysis of melamine content of milk powder by infrared spectroscopy and provide theoretical basis for the nondestructive detection of melamine.Linear model was respectively set up by taking an absorption peak of 1 550 cm-1as characteristic absorption peak.The correlation coefficient of linear model was 0.999 2 and the recovery was 98.89%.Its advantages include low analytic limitation，high accuracy and excellent stability.It was feasible to determine melamine content of milk powder by using the linear model quantitatively.

Key words：infrared spectroscopy；melamine；quantitative analysis